付华-材料性能学-部分习题答案1
材料物理性能部分课后习题
材料物理性能部分课后习题课后习题第⼀章1.德拜热容的成功之处是什么？答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次⽅2.何为德拜温度？有什么物理意义？答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原⼦间结合⼒的⼀个物理量德拜温度反映了原⼦间结合⼒，德拜温度越⾼，原⼦间结合⼒越强3.试⽤双原⼦模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原⼦热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能⼜逐渐转化为势能；到达振幅最⼤值时动能降为零，势能打到最⼤。
由势能曲线的不对称可以看到，随温度升⾼，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中⼼就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原⼦间距增⼤，产⽣热膨胀第⼆章1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5%由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。
解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1)在400K温度下马西森法则成⽴，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) ⼜: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代⼊(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。
2.为什么⾦属的电阻因温度升⾼⽽增⼤，⽽半导体的电阻却因温度的升⾼⽽减⼩？对⾦属材料，尽管温度对有效电⼦数和电⼦平均速率⼏乎没有影响，然⽽温度升⾼会使离⼦振动加剧，热振动振幅加⼤，原⼦的⽆序度增加，周期势场的涨落也加⼤。
(完整word版)《材料性能学》课后答案
《工程材料力学性能》（第二版）课后答案第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能一、解释下列名词滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。
弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(σP)或屈服强度(σS)增加；反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)降低的现象。
解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数，表面能低的晶面。
解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
韧脆转变：材料力学性能从韧性状态转变到脆性状态的现象（冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变微穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状）。
静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。
二、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是弹性模量在性能上的主要特点。
改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。
三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义?答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或屈服强度降低的现象。
特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明在反向加载时塑性变形立即开始了。
包辛格效应可以用位错理论解释。
第一，在原先加载变形时，位错源在滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停止开动。
材料物理性能课后习题答案
材料物理性能课后习题答案材料物理性能习题与解答目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表)(0114.0105.310101401000940cmEAlFlEll=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε10909.40⨯0851.01=-=∆=AAllε名义应变1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据 可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。
则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。
1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。
解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：)21(3)1(2μμ-=+=B G E )(130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈⨯=+⨯=+=μ剪切模量)(390)(109.3)7.01(3105.3)21(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量.,.,11212121212121S W VS d V ld A Fdl W W S W VFdl Vl dl A F d S l l l l l l ∝====∝====⎰⎰⎰⎰⎰⎰亦即做功或者：亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量).1()()(0)0()1)(()1()(10//0----==∞=-∞=-=e e e Et t t σσεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
《材料性能学》习题答案
（1）Al 为 fcc 结构，单晶体有三阶段：易滑移。线性硬化、抛物线硬化； （2）Mg 为 hcp 结构，只有三个基面滑移系，曲线上只有易滑移阶段； （3）工业纯铁：有明显的屈服现象，随后是应变硬化和颈缩。模量和强度比 Al、Mg 高， 但塑性略差于 Al； （4）T8 钢为高碳钢，无屈服，与工业纯铁相比， b 高，但 % 低； （5）过共晶白口铸铁，非常脆，几乎无宏观塑性，为低应力脆断， b 不高。 2.19 解：
（2）再根据经典强度设计条件来选取[ ]< 0.2 的状态，根据许用应力条件[ ]= 0.2 /1.4， 求出五种状态下的许用应力为： ①785.7；②857.1；③928.6；④1000；⑤1071.4 可见除状态①以外的其他状态，均能满足经典强度设计要求，综合两种设计准则，只 有热处理状态②同时满足。 3.16 解： 根据题意，可将裂纹简化为无限大平板穿透裂纹，则有： K I
P 2000 526.4MPa A (2.2 103 ) 2 4
l l0 258.3 0.256 ； 200
真应变： e ln( ) ln （3）工程应力：
P 2000 407.6MPa A0 (2.5 103 ) 2 4
l 258.3 200 0.292 l0 200
1.16 解： （1）40CrNiMo 调质钢：拉伸试验，该钢为中碳合金结构钢，且为调质处理状态，有一定强 度和塑性的配合，可由单向拉伸试验的 或 来表征塑性； （2）20Cr 渗碳淬火钢：拉伸、扭转、弯曲，该钢本身为低碳合金钢，有较好的塑性。经渗 碳后， 表面为高碳处于外硬内韧状态， 若需要确定整体塑性， 可采用拉伸试验的 或
da
3
a2
材料性能学复习题及答案
材料性能学复习题及答案一、单项选择题1. 材料的弹性模量是指材料在受到外力作用时，应力与应变的比值。
下列哪种材料通常具有较高的弹性模量？A. 橡胶B. 木材C. 钢铁D. 塑料答案：C2. 材料的屈服强度是指材料在受到外力作用时，开始发生永久变形的应力值。
下列哪种情况下材料的屈服强度会降低？A. 提高温度B. 降低温度C. 增加材料的纯度D. 进行热处理答案：A3. 疲劳强度是指材料在反复加载和卸载过程中，能够承受的最大应力而不发生断裂的能力。
下列哪种材料通常具有较好的疲劳强度？A. 纯金属B. 合金C. 复合材料D. 陶瓷材料答案：B二、多项选择题1. 影响材料硬度的因素包括哪些？A. 材料的微观结构B. 材料的化学成分C. 材料的加工工艺D. 材料的表面处理答案：ABCD2. 材料的断裂韧性是指材料在受到外力作用时，抵抗裂纹扩展的能力。
下列哪些因素可以提高材料的断裂韧性？A. 增加材料的韧性B. 减少材料的缺陷C. 提高材料的硬度D. 改善材料的微观结构答案：ABD三、判断题1. 材料的塑性是指材料在受到外力作用时，能够发生永久变形而不断裂的性质。
（对）2. 材料的导热系数越高，其导热性能越好。
（对）3. 材料的抗拉强度和屈服强度是相同的概念。
（错）四、简答题1. 简述材料的疲劳破坏过程。
答：材料的疲劳破坏过程通常包括裂纹的萌生、扩展和最终断裂三个阶段。
在反复加载和卸载的过程中，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度时，材料的承载能力下降，最终导致断裂。
2. 描述材料的蠕变现象及其影响因素。
答：材料的蠕变现象是指在恒定应力作用下，材料发生持续的塑性变形。
影响蠕变的因素包括应力水平、温度、材料的微观结构和化学成分等。
高应力、高温和材料内部的缺陷都可能加速蠕变过程。
五、计算题1. 已知某材料的弹性模量为200 GPa，当受到100 MPa的应力时，计算其应变值。
答：根据弹性模量的定义，应变值可以通过应力除以弹性模量来计算。
材料性能学作业及答案解析
本学期材料性能学作业及答案第一次作业P36-37第一章1名词解释4、决定金属屈服强度的因素有哪些？答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。
外在因素：温度、应变速率和应力状态。
10、将某材料制成长50mm，直径5mm的圆柱形拉伸试样，当进行拉伸试验时塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为：F/N 6000 8000 10000 12000 14000ΔL 1 2.5 4.5 7.5 11.5求该材料的硬化系数K及应变硬化指数n。
解：已知：L0=50mm，r=2.5mm，F与ΔL如上表所示，由公式（工程应力）σ=F/A0,（工程应变）ε=ΔL/L0,A0=πr2,可计算得：A0=19.6350mm2σ1= 305.5768，ε1=0.0200，σ2=407.4357 ，ε2=0.0500，σ3= 509.2946，ε3=0.0900，σ4= 611.1536，ε4=0.1500，σ5= 713.0125，ε5=0.2300，又由公式（真应变）e=ln(L/L0)=ln(1+ε)，（真应力）S=σ（1+ε），计算得：e1=0.0199，S1=311.6883，e2=0.0489，S2=427.8075，e3=0.0864，S3=555.1311，e4=0.1402，S4=702.8266，e5=0.2076，S5=877.0053，又由公式S=Ke n，即lgS=lgK+nlge，可计算出K=1.2379×103，n=0.3521。
11、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。
为什么脆性断裂最危险？答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。
韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。
材料性能学课后习题与解答
绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示]材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。
包括力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）物理性能（热、光、电、磁）化学性能（老化、腐蚀）。
第一章单向静载下力学性能1、名词解释：解：内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。
2、简答 (1)材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E 高，分子键E 低原子半径大，E 小，反之亦然。
晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E 大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E 同性。
化学成分，微观组织温度，温度升高，E 下降加载条件、负载时间。
对金属、 (2)(3)解：非(4)]？ 射线能31)承受(E Al 龙线解：已知：E=210GPa,d=2.5mm,1L =120mm,F=450N 。
/F S σ=ε/L L ε∴=∆164.5L ∴∆=∴ 2.5Al d mm ==4.33mm∴ 2.5Wd mm ===1.83mm∴ 2.5d d mm ==钢化1.95mm∴ 2.5d d mm ==尼龙21.5mm 2)50mm ，直径13mm ，实验后将试样对接起来后测量标距81mm ，伸长率多少？若缩颈处最小直径6.9mm,断面收缩率是多少？解：已知：050L mm =013d mm =81K L mm = 6.9K d mm =∴断后伸长率∴断面收缩率第二章其它静载下力学性能1、名词解释： 应力状态软性系数剪切弹性模量抗弯强度缺口敏感度硬度解：应力状态软性系数：不同加载条件下材料中最大切应力与正应力的比值。
付华-材料性能学-部分习题答案1
第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。
二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。
对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理?答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—1.9P+0.9P2)E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P≤50 %。
《材料物理性能》 习题解答
材料物理性能习题与解答吴其胜盐城工学院材料工程学院2007，3目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表体积V/mm 3 直径d/mm 圆面积S/mm 2 拉伸前 1227.2 2.5 4.909 拉伸后1227.22.44.524 1cm 10cm40cmLoad Load)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l lε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
塑变机理
2.1材料的塑性变形机理
小结：晶体（金属）的塑变机理
单晶体：滑移，孪生 多晶体：非同时性、非均匀性； 晶界阻碍滑移 纤维组织、位错胞、织构
2.1材料的塑性变形机理
2.1.2 陶瓷材料的塑性变形 一、单晶陶瓷的塑性 一、结合键对位错运动的影响 二、多晶陶瓷的塑性
三、非晶陶瓷的塑性
＋ ＋
17:39
＋ ＋ ＋ ＋
9
2. 滑移系
2.1材料的塑性变形机理
一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系个数=滑移面数×每个面上的滑移方向数 滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面一般为 {111} ， 滑移方向<110>； 4×3=12个滑移系 Cu,Al,Ni,Au 滑移面 滑移方向
1） 单滑移 只有一个特定的滑移系处于最有利的位置而优先 开动时，形成单滑移。 一个晶粒内只有一组平行的滑 移线(带)。 变形量很小的情况下发生。 位错在滑移过程中不与其它位 错交互作用，因此对材料的强 化作用很弱。
17:39 24
2.1材料的塑性变形机理
2） 交滑移：（《材料科学基础》螺位错） 螺位错的交滑移和双交滑移。晶体在两个或多个不 同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。
所以，滑移系(111) [011] 上的分切应力为40.8MPa。
5. 滑移时晶体的转动
位向和晶面的变化：
2.1材料的塑性变形机理
（动画）
17:39
力偶σ1及σ2使滑移面 向拉伸轴向转动
20
拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。
压缩转动
17:39
(完整版)材料性能学考卷及答案
3、说明K I和K IC的异同。
对比K IC和K C的区别，说明K I和K IC中的I的含义。
（6分）
K Ic代表的是材料的断裂力学性能指标，是临界应力场强度因子，取决于材料的成分、组织结构等内在因素。
K I是力学参量，表示裂纹尖端应力场强度的大小，取决于外加应力、尺寸和裂纹类型，与材料无关。
（3分）
K Ic称为平面应变的断裂韧性，K c为平面应力的断裂韧性。
对于同一材料而言，K Ic<K c，平面应变状态更危险，通常以前者衡
量材料的断裂韧性。
K
IC 中的I代表平面应变，K
I
的I表示I型裂纹。
2
2
22
2)1(23
12
13
12
3)
121121()112112(21
1
12)1
12112(1231)1
21121(112R w w w w w
w R
w w n n n n n n n n w w R n n w w -=⨯=-=+-=+-=+--=-=+--=分）
五、证明题（共8分）
一入射光以较小的入射角内i 和折射角r 穿过一透明玻璃板。
证明透过后的光强系数为（1-R ）2。
设玻璃对光的衰减不变。
设空气为介质1，透明玻璃为介质2，光进入到玻璃之前的能量为W1,进入到玻璃之后光的能量为W2，再次进入到空气中后的能量为W3，则透过后的光强系数应为w3/w1（2分）。
则有
（1分） （1分） （1分） （1分） （1分） （1分）。
华福材料性能科学部分习题答案分析.doc
华福材料性能科学部分习题答案分析第一章材料的弹性变形一、填空:1.金属材料的机械性能是指它们在负载下抵抗变形或断裂的能力。
2.低碳钢的拉伸试验可分为三个阶段:弹性变形、塑性变形和断裂。
3.线性无定形聚合物的三种力学状态是玻璃态、高弹性态和粘性流动态。
它们的基本运动单元分别是链节或侧基、链段和大分子链。
它们是塑料、橡胶和流动树脂(粘合剂)的使用状态。
第二，名词解释1。
弹性变形:去掉外力，物体就会恢复到原来的形状。
弹性变形是可逆的。
弹性模量:拉伸时σ=Eε E:τ=弹性模量剪切时的Gγ G(杨氏模量):剪切模量3。
胡克定律:在弹性变形阶段，应力和应变的关系是线性的。
4.弹性功的定义: 材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，也称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性。
三、简短的回答:1.金属材料、陶瓷和聚合物弹性变形的本质。
回答:金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指原子从其平衡位置的微小位移，在外力消除后可以恢复到零。
聚合物材料的弹性变形主要是指玻璃态下键角和键长的微小变化，而在高弹性状态下是由分子链构型的变化和链段的运动引起的，弹性变形可能非常大。
2.非理想弹性的概念和类型。
回答:非理想弹性是一种具有不同应力和应变响应的弹性变形，是一种与时间相关的弹性变形。
结果表明，应力和应变不是同步的，应力和应变的关系不是单一的数值关系。
这些类别主要包括滞弹性、粘弹性、假弹性和包辛格效应。
3.聚合物材料的强度和模量是多少一、填空:1.金属材料的机械性能是指它们在负载下抵抗变形或断裂的能力。
2.低碳钢的拉伸试验可分为三个阶段:弹性变形、塑性变形和断裂。
3.线性无定形聚合物的三种力学状态是玻璃态、高弹性态和粘性流动态。
它们的基本运动单元分别是链节或侧基、链段和大分子链。
它们是塑料、橡胶和流动树脂(粘合剂)的使用状态。
第二，名词解释1。
弹性变形:去掉外力，物体就会恢复到原来的形状。
弹性变形是可逆的。
弹性模量:拉伸时σ=Eε E:τ=弹性模量剪切时的Gγ G(杨氏模量):剪切模量3。
材料化学习题答案(完整版)
第二章2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤，请说明：1) 在用MgO 和32O Al 为反应物制备尖晶石42O MgAl 时，应该采用哪些方法加快固相反应进行？2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时，人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉淀法得到前体物，再于高温下反应制备所需产物，请说明原因。
3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法，请说明“软化学”合成的主要含义，及其在固体化学和材料化学中所起的作用和意义。
答：1. 详见P6A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积；B.扩大产物相的成核速率C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。
2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段固相反应中反应物颗粒较大，为了使扩散反应能够进行，就得使得反应温度很高，并且机械的方法混合原料很难混合均匀。
共沉淀法便是使得反应原料在高温反映前就已经达到原子水平的混合，可大大的加快反应速度；由于制备很多材料时，它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系，为了克服这个限制，发展了溶胶-凝胶法，这个方法可以使反应物在原子水平上达到均匀的混合，并且使用范围广。
3. P22“软化学”即就是研究在温和的反应条件下，缓慢的反应进程中，采取迂回步骤以制备有关材料的化学领域。
2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢，怎样才能加快反应速率？答：P6以MgO 和32O Al 反应生成42O MgAl 为例，反应的第一步是生成42O MgAl 晶核，其晶核的生长是比较困难的，+2Mg 和+3Al 的扩散速率是反应速率的决速步，因为扩散速率很慢，所以反应速率很慢，加快反应速率的方法见2.1（1）。
第三章（张芬华整理）3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc 型堆积中原子的配位情况。
答：简单立方堆积、 6立方密堆积、 12六方密堆积、 12体心立方堆积 8hc 型堆积 123.2 3SrTiO 为钙钛矿结构，a=3.905A ，计算Sr-O ，Ti-O 键长和3SrTiO 密度。
精品 课后习题及参考答案-材料性能学课后习题与解答
材料性能学课后习题与解答绪论1、简答题什么是材料的性能？包括哪些方面？[提示] 材料的性能定量地反映了材料在给定外界条件下的行为；解：材料的性能是指材料在给定外界条件下所表现出的可定量测量的行为表现。
包括○1力学性能（拉、压、、扭、弯、硬、磨、韧、疲）○2物理性能（热、光、电、磁）○3化学性能（老化、腐蚀）。
第一章单向静载下力学性能1、名词解释：弹性变形塑性变形弹性极限弹性比功包申格效应弹性模量滞弹性内耗韧性超塑性韧窝解：弹性变形：材料受载后产生变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。
塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应力。
弹性比功：弹性变形过程中吸收变形功的能力。
包申格效应：材料预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低的现象。
弹性模量：工程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗力。
实质是产生100%弹性变形所需的应力。
滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。
内耗：加载时材料吸收的变形功大于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。
韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率（约1000%）而不发生缩颈和断裂的现象。
韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。
2、简答(1) 材料的弹性模量有那些影响因素？为什么说它是结构不敏感指标？解：○1键合方式和原子结构，共价键、金属键、离子键E高，分子键E低原子半径大，E小，反之亦然。
○2晶体结构，单晶材料在弹性模量在不同取向上呈各向异性，沿密排面E大，多晶材料为各晶粒的统计平均值；非晶材料各向E同性。
○3化学成分，○4微观组织○5温度，温度升高，E下降○6加载条件、负载时间。
对金属、陶瓷类材料的E没有影响。
FH付华-《材料科学基础》作业答案
• 8、bcc晶体的最密排方向为 <111> ，最密排 面为 {110} ，致密度为 0.68 ，配位数为 8 。
• 9、晶体的宏观对称要素有 对称点 、 对称轴 、 对称面 。
• 10、CsCl型结构属于 简单立方格子 ，NaCl型结 构属于 面心立方格子 ，CaF2型结构属于 面心立 方格子 。
NaCl,MgO,TiO2
ZrO2,CaF2,CsCl
Cu
25
• 解：MgO结构为面心立方，晶胞 中有四个正离子和四个负离子， 沿棱边方向正负离子相切:
a 2 ( r r ) 2 ( 0 . 0 7 2 0 . 1 4 0 ) 0 . 4 2 4 n m
堆 积 系 数 K = 4 4 3（ a 3 r+ 3 + r-3 ） = 4 4 3（ 0 0 ..1 4 4 2 0 4 3 3 + 0 .0 7 2 3 ） = 0 .6 8 5
• (1)属于正交晶系， • 由题中条件不能决定是什么布拉菲点阵，
因为正交晶系可以有体心、面心、底心和 简单正交点阵。 • （2）属于三斜晶系， • 因为三斜晶系只有一种简单点阵，可以 确定布拉菲点阵是三斜点阵。
18
6、Ni为面心立方结构，原子半径 r=0.1243nm，求Ni的晶格常数和密度。
• 解：面心立方结构在面对角线上原子相 切，所以，代入条件可得， a 4r 0.3516nm 2
5
• 11、MgO晶体具有 NaCl型结构，其对称型是
3L4 4L36L29PC ，晶族是 高级晶族 ，晶系是 立 方晶系 ，晶体的键型是 离子键 。
• 12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是 硅氧 四面体[SiO4]。
• 13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、 [Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体 结构类型分别为 组群状 ， 链状 ， 层状 ，和 架状 。
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第一章材料的弹性变形一、填空题：1.金属材料的力学性能是指在载荷作用下其抵抗变形或断裂的能力。
2. 低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3. 线性无定形高聚物的三种力学状态是玻璃态、高弹态、粘流态，它们的基本运动单元相应是链节或侧基、链段、大分子链，它们相应是塑料、橡胶、流动树脂（胶粘剂的使用状态。
二、名词解释1.弹性变形：去除外力，物体恢复原形状。
弹性变形是可逆的2.弹性模量：拉伸时σ=EεE：弹性模量（杨氏模数）切变时τ=GγG：切变模量…3.虎克定律：在弹性变形阶段，应力和应变间的关系为线性关系。
4.弹性比功定义：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，又称为弹性比能或应变比能，表示材料的弹性好坏。
三、简答：1．金属材料、陶瓷、高分子弹性变形的本质。
答：金属和陶瓷材料的弹性变形主要是指其中的原子偏离平衡位置所作的微小的位移，这部分位移在撤除外力后可以恢复为0。
对高分子材料弹性变形在玻璃态时主要是指键角键长的微小变化，而在高弹态则是由于分子链的构型发生变化，由链段移动引起，这时弹性变形可以很大。
2．非理想弹性的概念及种类。
答：非理想弹性是应力、应变不同时响应的弹性变形，是与时间有关的弹性变形。
表现为应力应变不同步，应力和应变的关系不是单值关系。
种类主要包括滞弹性，粘弹性，伪弹性和包申格效应。
3．什么是高分子材料强度和模数的时-温等效原理|答：高分子材料的强度和模数强烈的依赖于温度和加载速率。
加载速率一定时，随温度的升高，高分子材料的会从玻璃态到高弹态再到粘流态变化，其强度和模数降低；而在温度一定时，玻璃态的高聚物又会随着加载速率的降低，加载时间的加长，同样出现从玻璃态到高弹态再到粘流态的变化，其强度和模数降低。
时间和温度对材料的强度和模数起着相同作用称为时=温等效原理。
四、计算题：气孔率对陶瓷弹性模量的影响用下式表示：E=E0 (1—+E0为无气孔时的弹性模量；P为气孔率，适用于P50 。
370= E0 (1—×+×则E0= Gpa260= (1—×P+×P2) P= 其孔隙度为%。
五、综合问答1.不同材料（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）的弹性模量主要受什么因素影响答：金属材料的弹性模量主要受键合方式、原子结构以及温度影响，也就是原子之间的相互作用力。
化学成分、微观组织和加载速率对其影响不大。
；陶瓷材料的弹性模量受强的离子键和共价键影响，弹性模量很大，另外，其弹性模量还和构成相的种类、粒度、分布、比例及气孔率有关，即与成型工艺密切相关。
高分子聚合物的弹性模量除了和其键和方式有关外，还与温度和时间有密切的关系（时-温等效原理）。
（综合分析的话，每一条需展开）。
第二章材料的塑性变形一、填空题1．金属塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率两种。
2．单晶体的塑性变形方式有滑移和孪生2种。
3．非晶态高分子材料的塑变过程主要是银纹的形成。
二、简答题1. (1)弹性变形与塑性变形$去除外力，恢复原形状。
弹性变形是可逆的。
塑性变形：微观结构的相邻部分产生永久性位移。
屈服强度σs 抗拉强度σb 。
答:1）塑性变形是指微观结构的相邻部分产生永久性位移在外力撤除后不可恢复，即变形不可逆。
2）屈服强度σs：材料发生起始塑性变形所对应的应力。
表征材料抵抗起始（或微量）塑变的能力。
是材料由弹性变形向弹-塑性变形过渡的明显标志。
3）抗拉强度σb材料在拉伸到断裂的过程中所经历的最大应力。
是韧性金属单向拉伸光滑试样的实际最大承载能力。
σb易于测定，重复性好，选材设计的重要依据。
2.一次再结晶二次再结晶一次再结晶是指冷变形金属在再结晶温度以上退火时，变形伸长晶粒被无变形的等轴晶粒取代的过程。
二次再结晶是指在再结晶晶粒长大过程中出现的晶粒异常长大的现象。
（3）热加工与冷加工；热加工是指金属在再结晶温度以上进行的塑性加工，冷加工是在再结晶温度以下进行的塑性加工。
（4）丝织构与板织构答：丝织构是指晶体在某一晶向趋于某一特定方向，或有优势取向。
板织构是指某一晶面和某一晶向有优势取向。
4.银纹答：高分子材料在塑性变形过程中，某些缺陷处会有局部塑变产生，取向纤维和空洞交织分布，该区域密度减小50%，对光线的反射能力很高，呈银色，称为银纹。
简答1．金属单晶体的塑性变形方式。
答滑移和孪生2．什么是滑移系产生晶面滑移的条件是什么写出面心立方金属在室温下所有可能的滑移系。
答：滑移系是一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。
产生晶面滑移的条件是在这个面上的滑移方向的分切应力大于其临界分切应力。
—3．试述Zn、α-Fe、Cu等几种金属塑性不同的原因。
答：Zn、α-Fe、Cu这三种晶体的晶体结构分别是密排六方、体心立方和面心立方结构。
密排六方结构的滑移系少，塑性变形困难，所以Zn的塑性差。
面心立方结构滑移系多，滑移系容易开动，所以对面心立方结构的金属Cu塑性好。
体心立方结构虽然滑移系多，但滑移面密排程度低于fcc，滑移方向个数少，较难开动，所以塑性低于面心立方结构材料，但优于密排六方结构晶体，所以α-Fe 的塑性较Cu差，优于Zn。
4.孪晶和滑移的变形机制有何不同答：主要的不同1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。
2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量为孪生方向的原子间距的分数倍。
3）滑移是全位错运动的结果而孪生是分位错运动的结果。
5.什么是应变硬化有何实际意义答：随着应变量的增加，让材料继续变形需要更大的应力，这种现象称为应变硬化。
随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑性、韧性下降的现象，为加工（应变）硬化（形变强化、冷作强化）。
其意义是可以使得塑变均匀，可以防止突然过载断裂，强化金属的一种手段，通过形变硬化可以改善某些金属的切削性能。
—6.在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，但如果稍隔一段时间再弯折，铅板又像最初一样柔软，这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。
越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。
综合问答1．位错在金属晶体中运动可能受到哪些阻力（对金属专业要求详细展开）答：晶格阻力，位错之间的相互作用力，固溶体中的溶质原子造成的晶格畸变引起的阻力，晶界对位错的阻力，弥散的第二相对位错运动造成的阻力。
三、计算：1. 沿铁单晶的[110]方向对其施加拉力，当力的大小为50MPa 时，在(101)面上的[111]方向的分切应力应为多少若τc =，外加拉应力应为多大 cos cos τσλφ= 【[110]方向与[111]滑移方向的夹角λ：cos λ=3===[110]方向与(101)面法线方向夹角φ：cos φ=12== cos cos τσλφ=15020.42MPa == 在(101)面上的[111]方向的分切应力应为。
cos cos c s τσλφ=31.176.221cos cos 2c s τσλφ===Mpa 若τc =，外加拉应力应为。
、2．有一70MPa 应力作用在fcc 晶体的[001]方向上，求作用在（111）[101]和（111）[110]滑移系上的分切应力。
cos cos τσλφ=[001]方向与[101]滑移方向的夹角λ：cos λ===[001]方向与(111)面法线方向夹角φ：cos φ===cos cos τσλφ=7028.6MPa == 在(111)面上的[101]方向的分切应力应为。
、[001]方向与[110]滑移方向的夹角λ：cos λ=0==cos cos τσλφ=0MPa =在(111)面上的[110]方向的分切应力应为0Mpa 。
3. 有一bcc 晶体的(110)[111]滑移系的临界分切力为60MPa ，试问在[001]和[010]方向必须施加多少的应力才会产生滑移cos cos τσλφ=（1） [001]方向与[111]滑移方向的夹角λ：[cos λ===[001]方向与(110)面法线方向夹角φ：cos φ=0==由于[001]方向与滑移面(110)平行，因此，无论在[001]方向施加多大的应力不会使(110)[111]滑移系产生滑移。
（2） [010]方向与[111]滑移方向的夹角λ：cos λ===[010]方向与(110)面法线方向夹角φ：(cos φ===6014711cos cos c s MPa τσλφ=== 在[010]方向必须施加147Mpa 的应力才会产生滑移。
5．为什么晶粒大小影响屈服强度经退火的纯铁当晶粒大小为16个/mm 2时，σs=100MPa ；而当晶粒大小为4096个／mm 2时，σs ＝250MPa ，试求晶粒大小为256个/mm 2时的σs 。
12s i dσσκ-=+16个/mm 2时----d=0.25mm4096个／mm 2时----64个/mm-----d=1/64mm 256个/mm 2时----16个/mm-----d=1/16mm121000.25i σκ-=+⨯12125064i σκ-=+⨯求得：5025i σκ==《121502515016s MPa σ-=+⨯=第三章 材料的断裂与断裂韧性一、填空题1. 材料中裂纹的 形成 和扩展 的研究是微观断裂力学的核心问题。
2. 材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段。
3. 按照断裂前材料宏观塑性变形的程度，断裂分为脆性断裂与韧性断裂。
4. 按照材料断裂时裂纹扩展的途径，断裂分为穿晶断裂和沿晶(晶界)断裂。
5. 按照微观断裂机理，断裂分为解理断裂和剪切断裂。
6. 对于无定型玻璃态聚合物材料，其断裂过程是银纹产生和发展的过程。
7. 韧性断裂断口一般呈杯锥状，断口特征三要素由纤维区、放射区和剪切唇3个区组成。
8. }9. 根据外加应力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有张开型(Ⅰ型)、滑开型(Ⅱ型)、撕开型(Ⅲ型) 3种，其中，以张开型(Ⅰ型)裂纹扩展最危险。
10. Griffith 裂纹理论是为解释玻璃、陶瓷等脆性材料断裂强度理论值与实际值的巨大差异现象而提出的。
11. 线弹性断裂力学处理裂纹尖端问题有应力应变分析和能量分析两种方法。
二、名词解释1韧性断裂 韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。
韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能。
2脆性断裂 脆性断裂是材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因而具有很大的危险性。